Sedmiosé drátové řezání

Schopnost řezání dílů, kde je úhel větší než 45 stupňů a během řezu se mění, takto stručně formulovala společnost Desko, a. s., hlavní požadavek na novou drátovou elektroerozivní řezačku. Zdánlivě jednoduché zadání se ale ukázalo být neřešitelným problémem pro většinu ze 6 oslovených firem, které dodávají na český trh elektroerozivní obráběcí stroje. Technicky funkční řešení dokázal navrhnout a předvést pouze jediný účastník výběrového řízení – Penta Trading, s. r. o. Desko, dříve Jablonecké sklárny, vyhlásilo výběrové řízení na nákup nové elektroerozivní drátové řezačky ve zdánlivě jednoduchém zadání. Základní obecný požadavek na nový stroj byl formulován na první pohled s téměř triviální jednoduchostí: stroj musí být schopen řezání dílů, kde je požadovaný úhel větší než 45 stupňů a během řezu se mění. Z konkrétních požadavků na stroj zmiňme například vybavení stroje 2osou děličkou s jednou simultánně řízenou osou (A) s reakcí na jiskrovou mezeru a jednou indexově řízenou osou (B), která bude řízena přímo ze stroje. Najíždění vnitřních tvarů, kde nelze použít klasické ohmatání hrany drátem, prostřednictvím CCD kamery s přesností 0,003 mm, což se v praxi velmi často využívá zejména při výrobě tvarově složitých vysoce přesných forem pro výrobu bižuterních polotovarů. CCD kamera měla také nabízet možnost upnutí a sejmutí ze stroje při zachování referencí (např. 3R). Všechny osy, tj. 5+2, musely být řízeny přímo z řídicího systému stroje. O náročnosti a praktické složitosti řešení požadavků Deska svědčí i fakt, že od vyhlášení výběrového řízení po předání a nainstalování funkčního stroje uběhlo 18 měsíců. Největší problém zainteresovaným účastníkům řízení dělalo především přímé řízení dvouosé děličky přímo ze stroje a požadavek na měření a najíždění vnitřních kontur pomocí optického měřicího systému, tj. CCD kamery. Tyto problémy uspokojivě dokázala vyřešit pouze Penta Trading, která od začátku garantovala přímé ovládání ze systému stroje a jako jediná v oboru v naší republice disponuje vlastním vývojovým a výzkumným střediskem. Z technického hlediska je řešení Penty Trading pozoruhodné tím, že sériový stroj (Fanuc Robocut ?-1iD) byl plně přizpůsoben požadavkům zákazníka v oblasti hardwaru i softwaru. Technické úpravy provedené na stroji (např. 2osý naklápěcí stůl řízený softwarově ze stroje nebo hardwarové a softwarové řešení pozicování prostřednictvím CCD kamery) jsou zcela jedinečné a doslova „ušité zákazníkovi na míru“. Navíc je lze vzhledem k celkové univerzálnosti řešení v budoucnosti snadno modifikovat a rozšiřovat. Řezání úhlů větších než 45 stupňů V případě řezání dílů s úhlem větším než 45 stupňů bylo zvoleno jako řešení spojení 2osé děličky JauchSchmider a drátové řezačky Fanuc Robocut ?-1iD. Výhodou děličky je možnost přesného indexování ve dvou osách, čímž je dosaženo vysoké přesnosti při obrábění dílů s několikanásobným polohováním. Nejmenší krok řezání je přitom 0,001 stupně. Přesnost děličky je díky přídavným enkodérům přímo na ose otáčení zvýšena na ±5 úhlových vteřin. Systém stroje navíc umožňuje synchronní obrábění na ose C a indexování na ose A. Výrobky s úhly většími než 45 stupňů lze řezat i přímo elektroerozivní drátovou řezačkou. Aby to ale bylo možné, musí být při konstrukci stroje splněno několik důležitých podmínek. Pro řezání vysokých úhlů musí mít především UV hlava potřebný rozjezd, aby mohla vyjet dostatečně daleko z kolmé pozice, což je o málo více než tangenta úhlu násobená výškou řezaného kusu. Další důležité faktory jsou například tuhost mechanické konstrukce pro udržení přesné pozice napnutého drátu, konstrukce diamantových vodítek pro přesné vedení drátu v ohybu včetně nastavených korekcí drátu nebo konstrukce trysek výplachu a práce pod vodní hladinou. Podstatné je také adaptivní řízení jiskry, které je schopné při takovýchto podmínkách udržet stabilní řezání bez trhání drátu, ale s konstantní energií jiskry. Svou roli hraje i stabilní napnutí drátu, které je u námi dodané drátové řezačky zajištěno pomocí servomotorů, a to jak na straně napnutí, tak na straně odtahu drátu. Důležitý je i správný výpočet korekce průměru drátu pro nakloněný drát. Podrobnosti technického řešení Jedinečnost technického řešení spočívá v tom, že na sériovou elektroerozivní drátovou řezačku Fanuc Robocut ?-1iD byly dodatečně nainstalovány nové hardwarové prvky, jako např. řídicí karta pro 5 současně interpolovaných os, naklápěcí a rotační osa, CCD kamera s přesností 0,003 mm. Použit byl optický měřicí systém, protože při řezání úhlů větších než 45 stupňů nelze využít standardní pozicování drátem, a proto je nutné najíždět na tvar podle výpočtu pozic vnější kontury. Vlastní připojení CCD kamery je pomocí rozhraní FireWire do PC, jež komunikuje s drátovou řezačkou prostřednictvím lokální sítě LAN. Ovládací program pro obsluhu kamery byl napsán přes speciální knihovnu rozhraní, kterou Fanuc ve svých řídicích systémech i-série podporuje. Přes toto síťové rozhraní se několikrát za sekundu ovládací program kamery dotazuje stroje na stav systému, pozice a další potřebné údaje. Na tyto podněty a režimy pak program reaguje a své výsledky zapisuje zpět do definovaných parametrů ve stroji. Výsledkem je, že obsluha stroje nemusí vůbec nic přepisovat ručně, ale pouze nastaví vstupní podmínky měření (průměr měřeného otvoru, rozestup, průměr rolny atp.). V případě vyřezávání složitějších tvarů, jako jsou např. kaplíky, se provede nejprve jejich měření v řadě, určí se přesně středy otvorů a úhel natočení. Program pak pokračuje jejich vyřezáním dle předem zadané kontury a nastavené technologie. Po ukončení dojde k opětovnému změření vyřezaných otvorů a vytvoření měřicího protokolu. Vše pouhým zadáním jednoho kódu. Tím je navíc zajištěna opakovatelnost výroby a vylučuje se chyba obsluhy chybným přepisem hodnoty. Jako bonus je vše vyřešeno tak, že obsluha nemusí PC, které řídí CCD kameru, ovládat ani myší, ani klávesnicí. Všechna potřebná data jsou zadávána prostřednictvím maker stroje Fanuc. Výhodou popsaného řešení je jeho univerzálnost a snadná rozšiřitelnost. Díky otevřené koncepci lze zadávat požadavky i na výpočet složitějších tvarů, než jsou kruhové. Zcela novým technickým řešením, jež bylo vyvinuto, je ze stroje softwarově řízený 2osý stůl. To bylo umožněno díky tomu, že řídicí systém drátové řezačky je postaven na platformě Fanuc 30i, která je schopna řídit až 10 servomotorů. Stroj bylo nutné dovybavit interpolační kartou pro 5osé obrábění, přidat moduly pro řízení os (servozesilovače). Posílen byl také výkon zdroje servosystému zvýšením rekuperačního rezistoru pro případ náhlého zastavení všech os. Protože rotační stůl obsahuje přímé odměřování, bylo nutné ještě vybavit stroj jednotkou pro přímé odměřování. Drátová řezačka Fanuc Robocut ?-1iD tak určitě nalezne svoje uplatnění při výrobě nástrojů z tvrdokovu nebo speciálních strojních dílů, kde novou technologií na drátové řezačce lze nahradit tvarové broušení a 5osé obrábění. /hm/